滴要：提出PG9171E型重型燃气轮机在运行过程中出现的一些故障现象，对系统设计缺陷引起的故障进行了分析，并提出有效的改造措施，保证了燃气轮机长期安全和稳定运行。
关键词：设计缺陷；改进
1 引言
2001年8月，月亮湾燃气轮机电厂安装的一套GE公司制造的PG9171E型燃气一蒸汽联合循环发电机组并网发电。该机组燃烧#180重油，现已运行11173.3点火小时，起动688次。
燃气轮机自投运以来，部分系统设备出现了一些故障，有些故障的诱因存在于系统设计缺陷。为了根本消除这些故障，我们对有些系统进行了适当改造，取得了如期效果。
1 起动失败排放阀
1.1 故障现象
燃气轮机基本负荷运行时，燃烧室外壳起动失败排污阀VA17一1不能关闭，出现从其排污口冒出白白浓烟的异常现象。
1.2 故障原因分析
起动失败排污阀是带膜片执行机构的二通气动阀，在燃气轮机起动过程中，操作气源压力达到0.34bar时开始关闭，0.69bar时完全关闭；燃气轮机停机过程中，当操作气源压力减小到0.52-0.55bar时依靠阀体内弹簧回复力开始打开，0.28bar时完全打开。
拆卸排污阀VA17-1和解体阀门发现：燃油排污总管约1/2的通流面积内积聚了重油残渣、金属锈皮和少量焊渣状的金属异物；排污阀阀芯和阀座间被焊渣状金属异物卡死，造成阀芯不能正常关闭，非金属阀座密封面有划伤痕迹，造成阀座密封不严；执行机构膜片老化，表面衬胶有细小裂纹。
图1起动失败排放阀管路图
9E型燃气轮机在燃烧室外壳、透平排气缸和排气室分别设置了起动失败排污阀VA17-1,2,5(如图1)，起机失败时通过排污管排放燃气通道内的残留燃料，防止燃机重新起动时然气通道内发生爆燃的危险。该系统的缺陷主要是：起动失败排污阀的操作气源来自较高温度的压气排气AD-2(约358℃)，执行机构膜片易老化漏气；排污阀进口无过滤器、阀芯和阀座间易被外形较大的异物卡死。
1.3 改造措施
改造系统起动失败排污阀的操作气源取自雾化空气冷却器出口，每个排污阀进口串接了规格为1英寸、金属滤网孔径φ1.0mm的Y型滤(如图2)。雾化空气冷却器出口温度约100℃，有效降低了排污阀操作气源温度，延长了执行机构膜片的使用寿命；Y型滤的过滤作用，隔离了较大外形的杂物，消除了阀芯被卡死的故障。
图2改造的起动失败排放阀管路图
2 电磁离合器
2.1 故障现象
燃气轮机基本负荷跳闸，CRT显示“EXHAUST OVER TEMPERATURE TRIP”或“LSS OF FLAME TRIP"，燃气轮机停机后现场检查发现：电磁离合器20CF-1有烧焦气味，手盘电磁离合器和主燃油泵间挠性联轴器，无法转动；电磁线圈阻抗很小，远远偏离105Ω左右的正常值。
2.2 故障原因分析
解开挠性联轴器，电磁离合器无法转动，主燃油泵能自由转动，判定为电磁离合器故障。解体电磁离合器，发现润滑油供油喷嘴被金属颗粒堵塞；电磁线圈轴承SNR 16022散架烧毁，滚珠熔化变形；主轴和动、静摩擦片有过热痕迹；驱动端滚珠轴承SKF 6304和输出端自密封滚珠轴承SKF6213-2RS未见明显故障。
电磁离合器电磁线圈润滑油管为1/4英寸细管，供油喷嘴通流直径约2.0mm，油源来自辅助齿轮箱供油母管(如图3)，供油压力约1.756ar。由于润滑油流经的管路较长，清洁度难以保证，供油管路存在异物时，供油喷嘴很容易被堵塞，导致电磁线圈润滑不足，轴承过热烧毁，损坏电磁线圈。
1主滑油泵 2辅助齿轮箱 3电磁离合器 4主燃油泵
图3 电磁离合器供油润滑图
2.3 改造措施
清洁无杂质的润滑油是保证电磁离合器良好润滑的前提，改造系统的油源来自滑油母管调节阀VPR2-1的旁路(如图4)。节流孔板两侧法兰上备有流量测量管路，将滑油母管侧法兰上测量管路作为改造系统的供油管路。经主滑油滤和滑油冷却器过滤冷却后的滑油清洁度高，温度相对较低，油源供油管路管材为不锈钢材料，无二次污染，很好地解决了油源品质问题，而且供油压力也符合要求。改造后电磁离合器壳体温度约64℃，无润滑油滴漏，工作正常。
1.压力调节阀VPR2-1 2.主滑油器具 3.滑油冷却器 4.电磁离合器 5.主燃油泵 6.节流孔板
图4改造的电磁离合器供油润滑图
3 负荷间箱体
3.1 故障现象
燃气轮机排气室后插板漏气，负荷间箱体内温度偏高，热工测量元件排气热电偶、火灾探头故障，热电偶补偿导线等烧焦老化；发电机#4轴瓦箱体和箱体内发电机密封板沉积黑色浮灰。
3.2故障原因分析
排气室后插板外环采用压条固定，内环为膨胀滑动结构。后擂板分为三层：中间层为铝箔材料，内外两层为1.5mm厚的不锈钢板，交错排列，内外环轴向错位25.4mm(如图5)。简单三层后插板设计，不能有效隔离燃气轮机排气热量对负荷间箱体空间的辐射，同时，对于每天起停运行方式的燃气轮机而言，不锈钢后插板容易发生翘曲变形，从内环安装槽内滑出，造成排气泄露增大，恶化了负荷间箱体和发电机箱体内的工作环境，烧坏热工测量元件和对发电机绝缘造成潜在威胁。
1排气室后墙 2插板压条 3插板垫片 4后插板 5排气扩压器
图5 排气室后插板示意图
3.3 改造措施
改造系统在插板后增加了三层共120mm厚的硅酸铝保温棉隔热包和两层可膨胀不锈钢板层，减少了排气室后插板的排气泄露和热辐射(如图6)；
1排气室后墙 2压条 3隔热包 4后插板 5.排气扩压器
图6 改造的排气室后插板示意图
在负荷间箱体增加一台离心式风机，采用抽气冷却方式，风压为961Pa，风量由6.6m3/s，加大到13.2m3/s，箱体后墙加装了方型密封板；发电机箱体前墙加装了方型密封板、压环和浸油羊毛毡，并通过发电机箱体前墙的方型密封板导入正压力的密封空气，在负荷间箱体后墙的方型密封板和负荷联轴器间的1mm缝隙处形成风帘(如图7)。改造后负荷间箱体内的漏气减少，箱体空间温度降低；发电机#4轴瓦箱体内及密封板上黑色浮灰减少。
1负荷间箱体后墙 2方型密封板 3发电机箱体前墙 4方型密封板
5压环 6羊毛毡 7负荷联轴器 8发电机大轴 9.空压机
图7 改造的负荷间箱体后墙和发电机箱体前墙示意图
4 顶轴油系统
4.1 故障现象
燃气轮机调试阶段，发现#4轴瓦(发电机驱动端)顶轴油供油压力偏低，仅80bar左右，发电机转子无法盘动。用百分表监视#4轴瓦处轴颈的垂直顶起高度为0.04mm，不能达到GE公司规范中的最小值为0.05mm的要求。
4.2 故障原因分析
#4抽瓦翻瓦检查，顶轴油供油导管和密封圈状态良好，瓦块顶轴油孔未见堵塞和损伤。回装#4轴瓦，重新检查#4轴瓦处轴颈的垂直顶起高度，基本保持在轴瓦解体前的水平，判定为#4轴瓦的顶轴油泵故障。临时安装两台DENISON HYDRAULTS公司制造的PV10 250CO2型顶轴油泵后，#4轴瓦顶起高度达到0.l0mm左右，轴颈顶起高度符合要求。
现场检查顶轴油系统，发现系统设计和管路布置存在缺陷(如图8)，长期运行存在安全隐患，主要表现为：(1)一台马达驼动两台顶轴油泵，分别为发电机#4轴瓦和#5轴瓦提供顶轴油，两台油泵同时运行，不能互为备用。若电机故障或一台泵故障，整台燃气轮机将无法起动；(2)顶轴油泵和马达组件安装在仪表盘支架上，位于发电机励磁间#5轴瓦瓦座旁的狭小空间内，设备检修极其不便；(3)励磁间顶轴油管繁多，#4轴瓦顶轴油供油管穿过发电机定子箱体内部，油管老化后，对励磁机和发电机的安全运行不利。
图8发电机顶轴油系统图
4.3 改造措施
为了提高顶油系统的可靠性，对顶轴油管路系统进行了彻底改造(如图9)，取消了原顶轴油泵，实现了两台油泵互为备用；励磁间供油母管和#4轴瓦的供油管、顶轴油仪表盘移动发电机箱体外，仪表盘和顶轴油泵集成在一个撬体上；管路中采用SWAGELOK公司接头、单向阀和隔离阀，油管采用SANDWICK公司英制薄壁管；对系统控制程序也作了相应修改，实现了两台顶轴油泵的自动切换和顶轴油压力低报警功能。改造的顶轴油系统的主要特点是：(1)方便运检人员巡视，检修发电机励磁间设备和顶轴油管路系统设备；(2)英制进口部件提高了部件的互换性、耐压等级和密封性能；(3)供油管路外移，避免了管路失效对发电机造成的意外后果；(4)两台顶轴油泵互为备用，提高了系统的可靠性。
图9 改造的发电机顶轴油系统图
系统改造完成后进行了起动调试和试运行，测试了燃气轮机零转速、低速盘车和14QB(26%SPD)转速时顶轴油系统相关参数，如垂直顶起高度、顶轴油泵出口压力、顶轴油泵马达电流等，全部符合要求。
此外，我厂还进行了主燃油泵和火焰探测器冷却管路强制循环、透平箱体冷却、润滑油在线旁路过滤和辅助雾化空气泵漏气与齿轮室进水滑油乳化等改造。由于篇幅有限，在此不再赘术。
5 结语
对燃气轮机系统设计缺陷引起的故障，应进行故障根本原因分析。系统改造实施前应全面分析改造方案的合理性和可行性，改造完成后对项目进行评价和验收。改进并完善设计，有利于提高燃气轮机运行的可靠性和可用率。
参考文献：
[1]FG9171E' gas turbine operation and maintenance manual volume 1.
[2]PG9171E' gas turbine operetion and maintenance manual volume 3.
[3]PG917IE' gas turbine part lists volume 15.
[4] 深圳月亮湾燃机电厂燃机改造项目脸收报告.(end)
|
